渦旋真空泵的發展歷史

機械真空泵 黃 英 北大學機械工程與自動化學院

  渦旋理論是法國人 Leno Creux 于1905年以可逆轉的渦旋膨脹機為題申請了美國專利。但由于當時的加工制造水平有限,渦旋盤渦旋齒型線的加工精度無法得到保證,渦旋機械在很長的一段時間內沒有被制造出來。20 世紀 70 年代開始,能源危機的加劇和高精度數控機床的出現,為渦旋機械的發展帶來了機遇,1973 年美國 Arthur D. Little(簡稱 A.D.L)公司首次提出了渦旋氮氣壓縮機的研究報告,展現出渦旋壓縮機所具有其他壓縮機無法比擬的優點,從而渦旋壓縮機大規模的開發和研制走上了迅速發展的道路。

  隨著半導體、新材料和生物制藥等行業的飛速發展,渦旋理論的不斷成熟以及人們對真空環境清潔無油的迫切要求,渦旋真空泵以其獨特的優點應運而生。20世紀80年代早期,渦旋真空泵以其密封性好,返油率低的特性被Coffin Do應用在高真空系統中。1987年,日本三菱電機公司首次成功開發回轉型渦旋真空泵, 在結構和性能上顯示了絕對的優勢。1988年,立式回轉型油潤滑渦旋真空泵由日本東京大學的Morishita E研制成功。

  干式真空泵與油潤滑真空泵的區別在于,泵腔內不含任何的油類和液體。因此,解決泵內的密封和冷卻問題是干式渦旋真空泵研究的關鍵。1990年,采用水冷方式進行冷卻的臥式干式渦旋真空泵由 Kushiro T研制成功。1998年,采用風冷方式進行冷卻的干式渦旋真空泵由 Sawada T研制成功,其主軸上裝有兩個冷卻風扇,分別位于兩個靜盤的端部。

渦旋真空泵的發展歷史

  渦旋真空泵按兩渦旋盤運動方式的不同可分為兩種類型:公轉型和回轉型。

  公轉型渦旋真空泵中的一個渦旋盤固定不動,稱為靜渦旋,另一個渦旋盤稱為動渦旋盤。電機帶動曲軸旋轉,曲軸推動動渦旋盤基圓圓心繞靜渦旋盤基圓圓心做半徑為 r(兩渦旋盤之間的徑向距離)的圓周運動,由防自轉機構限制動渦旋盤不能自轉。其中電機轉速通常約為1500r/min,此時泵的極限真空度較高,并隨電機轉速的變化極限真空度變化較小。

  回轉型渦旋真空泵中兩個渦旋盤都是動渦旋盤,它們同步同方向各自繞自身基圓圓心旋轉,相對運動仍為公轉平動。

  兩種型式的渦旋真空泵,公轉型式的結構簡單、零件少,回轉型式的結構復雜、零件多。目前多數廠家的渦旋真空泵產品都為公轉型。

  國內外已投放市場的渦旋真空泵主要有:美國Agilent公司的雙面渦旋真空泵、英國 Edwards公司的單面單頭渦旋齒渦旋真空泵、德國 Busch 公司生產的渦旋真空泵、中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司的雙面單頭渦旋齒渦旋真空泵,等等。